Skaitmeninė svėrimo skalė naudojant „Cell Cell“ ir „Arduino“

Šiame įraše mes sužinosime apie įtempio matuokliu pagrįstą apkrovos elementą. Mes ištirsime, kas yra įtempimo matuoklis, kas yra apkrovos elementas, temperatūros poveikis tempimo matuokliui, temperatūros kompensavimas naudojant „Wheatstone“ tiltą ir apkrovos elementų stiprintuvą HX711, galiausiai sužinosime, kaip sukurti „Arduino“ pagrindu veikiančią svarstyklių mašiną, įdiegiant apkrovos elementus svorio jutiklis.

Šiame įraše kalbama apie svorio matavimą ir matavimo metodus bei metodų įgyvendinimą „Arduino“ pagrindu veikiančioje svėrimo skalės grandinėje.

Mums visiems patinka matyti savo svorį, neatsižvelgiant į mūsų amžių, mažam vaikui gali patikti matyti jo / jos svorio augimą, o suaugusiems - jo / jos svorio kritimas. Svoris nuo senų senovės yra gyvybiškai svarbi sąvoka. Jis padėjo prekiauti prekėmis, kurti mokslinę įrangą ir komercinius produktus.

Šiais laikais laboratorijos tikslams mes matuojame svorį kilogramais, net miligramais. Vienas gramas yra tas pats visame pasaulyje, visi svorio matavimo prietaisai turi matuoti tą patį. Masinės tabletės su nedideliu kelių miligramų dozių skirtumu gamyba yra pakankama, kad gelbstinčios tabletės taptų savižudybės tabletėmis.

Kas yra svoris?

Svoris yra jėga, daroma plokštumoje. Poveikio jėga yra tiesiogiai proporcinga daikto masei, o tai reiškia didesnę objekto masę, tuo didesnė jėga.

Masė yra objekte esančios fizinės medžiagos kiekis.

Svoris priklauso nuo dar vieno veiksnio: Gravitacijos.

Gravitacija visame pasaulyje yra pastovi (dėl nevienodos sferinės žemės formos yra nežymių gravitacijos pokyčių, tačiau jis yra labai mažas). 1 kg svoris žemėje Mėnulyje svers 160 gramų su ta pačia mase, nes mėnulio traukos jėga yra daug silpnesnė.

Dabar jūs žinote, kas yra svoris ir kokie veiksniai daro daiktą sunkų.

Kas yra tempimo matuoklis:

Įtempimo daviklis yra daviklis arba jutiklis, matuojantis objekto deformaciją (deformaciją). Tai išrado elektros inžinierius Edwardas E. Simmonsas ir mechanikos inžinierius Arthuras Claude'as Ruge'as.

Įtempimo matuoklio iliustracija:

Įtempimo matuoklis yra lankstus, tai yra plonas metalinės folijos raštas, įspaustas tarp dviejų plonų plastikinių lakštų, ir jis turi būti pritvirtintas ant paviršiaus tinkamais klijais ar bet kokia lipnia medžiaga.

Kai ant paviršiaus pritaikome svorį ar jėgą, jis deformuojasi ir deformuojasi ir deformacijos matuoklis. Dėl deformacijos matuoklio deformacijos keičiasi metalinės folijos elektrinė varža.

Dabar tempimo matuoklio pasipriešinimo pokytis yra tiesiogiai proporcingas svoriui ar ant paviršiaus veikiamai jėgai.

Realiame gyvenime deformacijos matuoklio atsparumo pokytis yra labai nereikšmingas. Norėdami nustatyti mažus pasipriešinimo pokyčius, naudojame Wheatstone tiltą.

Panagrinėkime, kas yra Wheatstone tiltas trumpai.

Suprasti Wheatstone tiltą:

Kviečių akmens tiltas yra grandinė, kuri gali būti naudojama nežinomam pasipriešinimui nustatyti. Wheatstone tiltą sugalvojo Samuelis Hunteris Christie, vėliau Wheatstone tiltą patobulino ir išplatino seras Charlesas

Kviečių akmuo.

Wheatstone tilto grandinės iliustracija:

Šiuolaikiniai mūsų skaitmeniniai multimetrai gali nuskaityti pasipriešinimo vertę nuo mega omų, kilogramų omų ir omų diapazono.

Naudodami kviečių akmens tiltą, mes galime išmatuoti pasipriešinimą milijamų diapazone.

Kviečių akmens tiltas susideda iš 4 rezistorių, iš keturių 3 yra žinomi pasipriešinimai, o vienas - nežinomas.

Potencialų skirtumas (įtampa) taikomas taškuose „A“ ir „C“, o nuo taškų „B“ ir „D“ yra prijungtas voltmetras.

Jei visi rezistoriai yra lygūs, taškuose „B“ ir „D“ srovė netekės, o voltmetras parodys nulį. Tai vadinama subalansuotu tiltu.

Jei rezistoriaus varža skiriasi nuo kitų trijų rezistorių, tarp taškų 'B' ir 'D' bus įtampos srautas, o voltmetras nuskaitys tam tikrą vertę, proporcingą nežinomai varžai. Tai vadinama nesubalansuotu tiltu.

Čia nežinomas pasipriešinimas yra įtempimo matuoklis, pakeitus varžą, jis atsispindi ant voltmetro.

Dabar deformaciją, svorį ar jėgą pavertėme įtampos signalu. Ši įtampa turi būti sustiprinta, kad gautų naudingų rodmenų, kurie bus tiekiami mikrovaldikliui, kad gautų rodmenis gramais.

Dabar aptarkime, kaip temperatūra veikia tempimo matuoklio veikimą.

Temperatūros poveikis tempimo matuokliui:

Įtempimo daviklis yra jautrus temperatūrai ir gali sugadinti tikrojo svorio / jėgos rodmenis. Pasikeitus aplinkos temperatūrai, metalinė folija plečiasi, o tai tiesiogiai veikia atsparumą.

Temperatūros efektą galime panaikinti naudodami Wheatstone tiltą. Pažiūrėkime, kaip mes galime kompensuoti temperatūrą naudodami Wheatstone tiltą.

Temperatūros kompensacija:

Mes galime lengvai neutralizuoti temperatūros efektą, pakeisdami visus rezistorius įtempimo davikliu. Dabar visam tempimo matuoklio atsparumui temperatūra bus vienodai paveikta, o Wheatstone tilto pobūdis panaikins nepageidaujamą triukšmą.

Kas yra apkrovos elementas?

Krovinio elementas yra aliuminio profilis su įtempimo matuokliu, pritvirtintu prie Wheatstone tilto konfigūracijos iš 4 pusių.

Krovinio elemento iliustracija:

Šio tipo krūvio elementai yra nelankstūs ir dažniausiai naudojami pramonėje. Yra 4 varžtų tvirtinimai, kurių viena pusė prisukama prie nejudančio paviršiaus, o kitas galas - prie laikiklio (tarkime, krepšelio), kad būtų galima laikyti matuojamą daiktą.

Jo maksimalus svoris nurodytas duomenų lape arba ant korpuso, viršijus specifikaciją, gali būti pažeista apkrovos elementas.

Pilną tiltelio elementus sudaro 4 gnybtai, būtent E +, E-, kurie yra sužadinimo laidai, per kuriuos tiekiama maitinimo įtampa. Kiti du laidai yra S + ir S-, kurie yra signalo laidai, iš kurių matuojama įtampa.

Dabar šios įtampos milivoltų diapazone nėra pakankamai stiprios, kad mikrovaldiklis galėtų nuskaityti ir apdoroti. Mums reikia amplifikacijos, o maži pokyčiai turėtų būti matomi mikrovaldikliui. Norėdami tai padaryti, yra skirtas modulis, vadinamas apkrovos elementų stiprintuvais, apžvelkime tai.

Krovinio elemento stiprintuvas HX711:

HX711 apkrovos elementų stiprintuvo modulio iliustracija:

Krovos elementų stiprintuvas yra pagrįstas IC HX711, kuris yra 24 bitų analoginis-skaitmeninis keitiklis, specialiai sukurtas svorio matavimui. Jis turi skirtingus pasirenkamus 32, 64 ir 128 stiprinimus ir veikia nuo 2,6 iki 5,5 V.
Ši pertraukimo lenta padeda aptikti nedidelius krūvio elementų pokyčius. Norint naudoti šį modulį, reikalinga HX711.h biblioteka

Arduino ar bet kurie kiti mikrovaldikliai.

Apkrovos elementas bus prijungtas prie HX711 modulio, o modulis bus susietas su „Arduino“. Svorio matavimo grandinę reikia sukurti tokiu būdu.

Apibendrinant galima pasakyti, kad dabar jūs žinote, kas yra deformacijos matuoklis, kas yra „Wheatstone“ tiltas, temperatūros poveikis deformacijos matuokliui, temperatūros kompensavimas ir koks yra apkrovos elementų stiprintuvas.

Iš pirmiau pateiktos diskusijos visapusiškai supratome svėrimo svarstyklių konstrukcijos teorinę dalį. Dabar pažiūrėkime, kaip loaso ląstelė gali būti naudojama gaminant praktinę svarstyklių mašiną naudojant „Arduino“

Skaitmeninės svarstyklių mašinos projektavimas naudojant „Arduino“

Kitose diskusijose sužinosime, kaip naudojant „Arduino“ sukonstruoti skaitmeninę svorio svarstyklę, kuri gali pakankamai tiksliai išmatuoti svorį nuo kelių gramų iki 40 kg (atsižvelgiant į jūsų apkrovos elemento specifikacijas). Mokysimės tiksliųjų apkrovos elementų klasifikavimo, kalibruosime siūlomą grandinę ir užbaigsime svorio svarstyklių mašiną.

Pastaba: ši grandinė gali neatitikti standartų, reikalingų komerciniam įgyvendinimui.

Svorio matavimo mašinos naudojamos įvairioms prekybai ir tyrimams, pradedant miligramais ir baigiant keliomis tonomis. Siūlomos svorio skalės mašinos maksimali skalė priklauso nuo jūsų apkrovos elemento specifikacijos. Tai svyruoja nuo 500 gramų, 1 kg, 5 kg, 10 kg, 20 kg ir 40 kg ir kt.

Yra įvairių tipų apkrovos elementų, jie siūlo skirtingą tikslumo diapazoną ir turėtumėte pasirinkti tinkamą savo projektui.

Krūvio elementų tikslumo klasės klasifikacija:

Skirtingos taikymo rūšys yra apibrėžtos skirtingos tikslumo klasės. Žemiau pateikiama klasifikacija yra nuo mažiausio iki didžiausio tikslumo diapazono.

Mažesnio tikslumo (bet pakankamai tikslios) apkrovos elementai priskiriami D1, C1 ir C2. Šiam projektui to pakanka. Šie matavimo elementai naudojami smėlio, cemento ar vandens svoriui matuoti.

C3 klasės apkrovos elementai naudojami užtikrinant kokybę, pavyzdžiui, tikrinant rutulinių guolių, mašinų konstrukcijų dalių ir kt. Svorį.

C4, C5, C6 yra geriausi klasės tikslumu, šie apkrovos elementų laipsniai naudojami matuojant gramais iki mikrogramų. Šios klasių klasės naudojamos prekystalio svarstyklėse, didelio masto gamybos stebėsenos, maisto pakavimo ir laboratorijos reikmėms.

Dabar pasinerkime į technines projekto detales.

Grandinės schema:

Apkrovos elemento jungtis HX711 su „Arduino“ ir apkrovos elementas.

Projektą sudaro „Arduino“, „Load cell“ ir „HX711“ apkrovos elementų stiprintuvo plokštė ir kompiuteris. Išvestį galima stebėti „Arduino IDE“ nuosekliajame monitoriuje.

Projekto smegenys kaip visada yra „arduino“, galite naudoti bet kurį „Arduino“ lentos modelį. HX711 yra 24 bitų ADC, kuris gali rasti mažiausią lankstumą dėl svorio ant krūvio elemento. Jis gali veikti nuo 2,7 V iki 5 V. Maitinimas tiekiamas iš „Arduino“ plokštės.

Apkrovos elemente paprastai yra keturi laidai, tai yra iš Wheatstone tilto sukonfigūruoto įtempio matuoklio išvestis.

Raudona viela yra E +, juoda - E, žalia - A, balta - A +. Kai kurie HX711 moduliai nurodo krūvio elementų gnybtų pavadinimą, o kai kurie HX711 moduliai nurodo laidų spalvas, toks modelis parodytas grandinės schemoje.

„HX711“ DATA kaištis yra prijungtas prie „Arduino“ 3 kaiščio, o „HX711“ laikrodžio kaištis yra prijungtas prie „Arduino“ 2 kaiščio.

Kaip pritvirtinti apkrovos elementą:

Krovinio elemente yra keturios varžto skylės, dvi iš abiejų pusių. Kad būtų tiksliau, bet kuri viena pusė turi būti nejudanti. Ją galima supilti į pakankamai svarų medį.

Matavimo svoriui laikyti gali būti naudojama plona mediena arba plona plokštė, kaip parodyta aukščiau.

Taigi, kai dedate svorį, krūvio elementas lenkiasi, taip pat ir deformacijos matuoklis bei keičia jo atsparumą, kurį matuoja HX711 modulis ir tiekia „Arduino“.

Kai aparatūros sąranka bus baigta, įkelkime kodą ir kalibruokime.

Grandinės kalibravimas:

Yra dvi programos, viena yra kalibravimo programa (kalibravimo faktoriaus nustatymas). Kitas kodas yra svorio matavimo programa, kalibravimo koeficientą, nustatytą pagal kalibravimo programos kodą, reikia įvesti į svorio matavimo programą.

Kalibravimo koeficientas nustato svorio matavimo tikslumą.

Atsisiųskite HX711 biblioteką čia: github.com/bogde/HX711

Kalibravimo programos kodas:

//-------------------- --------------------//
#include
const int out = 3
const int clck = 2
HX711 scale(out, clck)
float CalibrationFactor = -96550
char var
void setup()
{
Serial.begin(9600)
Serial.println('------------- Weight Scale Calibration --------------')
Serial.println('Press Q,W,E,R or q,w,e,r to increase calibration factor by 10,100,1000,10000 respectively')
Serial.println('Press A,S,D,F or a,s,d,f to decrease calibration factor by 10,100,1000,10000 respectively')
Serial.println('Press 'T' or 't' for tare')
scale.set_scale()
scale.tare()
long zero_factor = scale.read_average()
Serial.print('Zero factor: ')
Serial.println(zero_factor)
}
void loop()
{
scale.set_scale(CalibrationFactor)
Serial.print('Reading: ')
Serial.print(scale.get_units(), 3)
Serial.println(' Kilogram')
Serial.print('Calibration Factor is: ')
Serial.println(CalibrationFactor)
Serial.println('--------------------------------------------')
if (Serial.available())
{
var = Serial.read()
if (var == 'q')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor + 10
}
else if (var == 'a')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor - 10
}
else if (var == 'w')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor + 100
}
else if (var == 's')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor - 100
}
else if (var == 'e')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor + 1000
}
else if (var == 'd')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor - 1000
}
else if (var == 'r')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor + 10000
}
else if (var == 'f')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor - 10000
}
else if (var == 'Q')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor + 10
}
else if (var == 'A')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor - 10
}
else if (var == 'W')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor + 100
}
else if (var == 'S')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor - 100
}
else if (var == 'E')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor + 1000
}
else if (var == 'D')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor - 1000
}
else if (var == 'R')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor + 10000
}
else if (var == 'F')
{
CalibrationFactor = CalibrationFactor - 10000
}
else if (var == 't')
{
scale.tare()
}
else if (var == 'T')
{
scale.tare()
}
}
}
//-------------------- --------------------//

Kaip kalibruoti:

• Atlikę aparatūros sąranką, įkelkite aukščiau esantį kodą.
• Nuimkite ploną plokštę arba medieną, kuri naudojama svoriui laikyti, įskaitant du varžtus (kita apkrovos elemento pusė turi būti pritvirtinta prie pagrindo).
• Atidarykite nuoseklųjį monitorių.
• Tiesiogiai uždėkite žinomą svorį ant matavimo elemento, 100 gramų (tarkime).
• Paspauskite Q, W, E, R padidinti kalibravimo koeficientą atitinkamai 10 100 100 000.
• Paspauskite A, S, D, F sumažinti kalibravimo koeficientą atitinkamai 10 100 100 000.
• Po kiekvieno kalibravimo koeficiento padidinimo ar sumažinimo paspauskite „Enter“.
• Padidinkite arba sumažinkite kalibravimo koeficientą, kol pasirodys tinkamas žinomos masės medžiagos svoris.
• Taros funkcija yra nustatyti svorio skalę į nulį, tai naudinga, kai norite išmatuoti vandens svorį (tarkime) be dubenėlio svorio. Pirmiausia padėkite dubenį, paspauskite tarą ir užpilkite vandeniu.
• Atkreipkite dėmesį į kalibravimo koeficientą ir užrašykite jį, kai pasirodys žinomas svoris.

Dabar jis gali išmatuoti nežinomus svorius.

Svorio matavimo programos kodas:

//---------------- ----------------//
#include
const int out = 3
const int clck = 2
HX711 scale(out, clck)
float CalibrationFactor = -12000 // Replace -12000 the calibration factor.
void setup()
{
Serial.begin(9600)
Serial.println('Press 'T' or 't' to tare')
scale.set_scale(CalibrationFactor)
scale.tare()
}
void loop()
{
Serial.print('Weight: ')
Serial.print(scale.get_units(), 3)
Serial.println(' Kilogram')
if (Serial.available())
{
char var = Serial.read()
if (var == 't')
{
scale.tare()
}
if (var == 'T')
{
scale.tare()
}
}
}
//---------------- ----------------//

plūdė CalibrationFactor = -12000

Pakeiskite -12000 į rastą kalibravimo koeficientą. Tai gali būti neigiamas skaičius arba teigiamas skaičius.

Įkelkite aukščiau nurodytą kodą su visa aparatinės įrangos sąranka ir jūsų svorio svarstyklių mašina bus paruošta.

Svorio skalės mašina naudojant LCD ekraną

Pirmiau pateiktame straipsnyje buvo paaiškinta „Arduino“ pagrindu sukurta svarstyklių sistema naudojant jūsų kompiuterį, kitame skyriuje bandysime sukurti praktišką „Weight scale“ mašinos versiją pridėdami 16 x 2 LCD ekraną, kad matuodamiesi nepriklausytume nuo kompiuterio svoriai. Šiame įraše siūlomos dvi versijos, viena su „I2C“ 16 x 2 LCD ir viena be „I2C“ 16 x 2 LCD ekrano.

Čia pateikiami du pasirinkimai, kad skaitytojai galėtų pasirinkti dizainą pagal savo patogumą. Pagrindinis skirtumas tarp jų yra laidų jungtys su „I2C“ adapterio moduliu, kad veiktų LCD ekranas, reikalingi tik 4 laidai („Vcc“, „GND“, „SCL“ ir „SDA“), o be „I2C“ adapterio jums reikia kelių laidų, kad galėtumėte prijungti „Arduino“ ir LCD ekraną.

Tačiau abi funkcijos yra visiškai vienodos, kai kurios labiau mėgsta I2C nei įprastos, o kai kurios - atvirkščiai, todėl čia yra abu dizainai.

Pažvelkime į įprastą LCD dizainą:

Grandinės schema:

Aukščiau pateiktoje schemoje mes turime „arduino“, 16 x 2 LCD ekraną ir 10K potenciometrą, skirtą LCD ekrano kontrastui reguliuoti.

3,3 V gali būti tiekiamas iš „Arduino“ į LCD ekraną apšvietimui. Pateikiamas mygtukas, kad svorio rodmuo būtų nulis, ši funkcija bus išsamiai paaiškinta pabaigoje.

Tai tik LCD ir „Arduino“ ryšys, ryšys tarp krūvio elemento ir krūvio elemento stiprintuvo su „Arduino“ parodytas ankstesniame skyriuje.

LCD svorio svarstyklių mašinos kodas:

// -------- Program developed by R.GIRISH -------//
#include
#include
const int rs = 10
const int en = 9
const int d4 = 8
const int d5 = 7
const int d6 = 6
const int d7 = 5
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7)
const int out = 3
const int clck = 2
const int Tare = 4
HX711 scale(out, clck)
float CalibrationFactor = -12000 // Replace -12000 the calibration factor.
void setup()
{
lcd.begin(16, 2)
pinMode(Tare, INPUT)
digitalWrite(Tare, HIGH)
lcd.setCursor(0, 0)
lcd.print(' Weight Scale')
lcd.setCursor(0, 1)
lcd.print(' Machine')
delay(2000)
scale.set_scale(CalibrationFactor)
scale.tare()
}
void loop()
{
lcd.clear()
lcd.setCursor(0, 0)
lcd.print('Weight:')
lcd.print(scale.get_units(), 3)
lcd.print(' Kg')
delay(200)
if (digitalRead(Tare) == LOW)
{
scale.tare()
lcd.clear()
lcd.setCursor(0, 0)
lcd.print('Tare ......')
lcd.setCursor(0, 1)
lcd.print('Setting to 0 Kg.')
delay(1000)
}
}
// -------- Program developed by R.GIRISH -------//

Dabar pažiūrėkime, kaip naudoti šią svorio svarstyklių mašiną su „I2C“ adapteriu pagrįstu LCD ekranu.

„Arduino“ grandinės schema ir LCD ekranas su „I2C“ adapteriu:

Čia mes tiesiog turime „Arduino“ ir LCD ekraną su „I2C“ adapteriu gale. Dabar laidų jungtys yra supaprastintos ir tiesios.

I2C modulio iliustracija:

Šį modulį galima sulituoti tiesiai ant įprasto 16 x 2 ar net 20 x 4 skystųjų kristalų ekrano galo ir vadovautis schema.

Vėlgi, prašome perskaityti ankstesnį skyrių, kaip prijungti krūvio elementą, krūvio elemento stiprintuvą ir „Arduino“.

Atsisiųskite šią „I2C“ biblioteką:

github.com/marcoschwartz/LiquidCrystal_I2C

github.com/PaulStoffregen/Wire

Svorio skalės grandinės I2C pagrindu kodas:

// -------- Program developed by R.GIRISH -------//
#include
#include
#include
const int out = 3
const int clck = 2
const int Tare = 4
HX711 scale(out, clck)
float CalibrationFactor = -12000 // Replace -12000 the calibration factor.
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2)
void setup()
{
lcd.init()
lcd.backlight()
pinMode(Tare, INPUT)
digitalWrite(Tare, HIGH)
lcd.setCursor(0,0)
lcd.print(' Weight Scale')
lcd.setCursor(0,1)
lcd.print(' Machine')
delay(2000)
scale.set_scale(CalibrationFactor)
scale.tare()
}
void loop()
{
lcd.clear()
lcd.setCursor(0,0)
lcd.print('Weight:')
lcd.print(scale.get_units(), 3)
lcd.print(' Kg')
delay(200)
if (digitalRead(Tare) == LOW)
{
scale.tare()
lcd.clear()
lcd.setCursor(0,0)
lcd.print('Tare ......')
lcd.setCursor(0,1)
lcd.print('Setting to 0 Kg.')
delay(1000)
}
}
// -------- Program developed by R.GIRISH -------//

PASTABA:

Prieš įkeldami bet kurį kodą į „Arduino“, turite įvesti kalibravimo koeficientą.

plūdė CalibrationFactor = -12000

Kalibravimo koeficiento gavimas paaiškinamas viename ankstesniame skyriuje.

Taros funkcija:

Taros funkcija svorio skalėje yra nulio rodmenis. Pavyzdžiui, jei turime krepšelį, į kurį prekės yra pakrautos, tada grynasis svoris bus krepšelio svoris + prekių svoris.

Jei prieš pakraunant prekes paspausime taros mygtuką su krepšiu ant apkrovos langelio, krepšelio svoris nebus vertinamas ir mes galėsime matuoti vien tik prekių svorį.

Jei turite klausimų apie šią „Arduino“ pagrindu veikiančią skystųjų kristalų svarstyklių mašinos grandinę, komentarų skyriuje nurodykite, kad galite greitai atsakyti.